DE102011085727A1 - Micromechanical element, component with a micromechanical element and method for producing a component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Element (123a), ein Bauelement (100) mit einem mikromechanischen Element (123a) und Verfahren zum Herstellen eines Bauelements (100). Hierbei weist das mikromechanische Element (123a) eine Mehrzahl von Einzelsensorelementen (1'a, 2'a, 3'a, 23a) auf, wobei mit einem ersten Einzelsensorelement (1'a, 2'a, 3'a, 23a) eine erste physikalische Messgröße messbar ist und mit einem zweiten Einzelsensorelement (1'a, 2'a, 3'a, 23a) eine zweite physikalische Messgröße messbar ist.The invention relates to a micromechanical element (123a), to a component (100) having a micromechanical element (123a) and to a method for producing a component (100). In this case, the micromechanical element (123a) has a plurality of individual sensor elements (1'a, 2'a, 3'a, 23a), with a first individual sensor element (1'a, 2'a, 3'a, 23a) having a first physical measured variable is measurable and with a second individual sensor element (1'a, 2'a, 3'a, 23a) a second physical measured variable is measurable.
Description
Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Element, ein Bauelement mit einem mikromechanischen Element und ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements.The invention relates to a micromechanical element, a component having a micromechanical element and a method for producing a component.
In aktiven und passiven Sicherheitssystemen heutiger Automobile werden zahlreiche Sensorinformationen, wie Raddrehzahl, Lenkwinkeleinschlag, Beschleunigungen und Drehgeschwindigkeiten benötigt. So verwendet beispielsweise eine Airbag-Funktion Beschleunigungsinformationen entlang einer Längsachse und entlang einer Querachse des Fahrzeugs mit einem Messbereich bis zu 500–1000 m/s2. Für das elektronische Stabilitätsprogramm hingegen werden Beschleunigungssensorinformationen im Bereich bis 20 m/s2 benötigt zusätzlich zur Drehgeschwindigkeitmessung um die Hochachse des Fahrzeugs. Hierbei werden herkömmlich zur Messung der Beschleunigung für unterschiedliche Messbereiche separate Sensoren eingesetzt.Active and passive safety systems in today's automobiles require numerous sensor information such as wheel speed, steering angle, accelerations, and rotational speeds. For example, an airbag function uses acceleration information along a longitudinal axis and along a transverse axis of the vehicle with a measurement range of up to 500-1000 m / s 2 . For the electronic stability program, however, acceleration sensor information in the range up to 20 m / s 2 is required in addition to the rotational speed measurement around the vertical axis of the vehicle. In this case, separate sensors are conventionally used for measuring the acceleration for different measuring ranges.
Eine weitere Vorgehensweise schlägt eine Integration von mehreren Sensoren zu einer Einheit vor. Es sind bereits Anordnungen mit Sensor-Integrationen auf einem einzelnen Chip bekannt. In
Es ist jedoch bisher problematisch, mit einem einzelnen mikromechanischen Element Messungen verschiedener Messgrößen, wie Drehgeschwindigkeit und Beschleunigung, durchzuführen.However, it has hitherto been problematic to carry out measurements of different measured variables, such as rotational speed and acceleration, with a single micromechanical element.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen vorzuschlagen, um unterschiedliche physikalische Messgrößen mit einer einzelnen Vorrichtung bereitstellen zu können.The invention has for its object to propose solutions to provide different physical measurements with a single device can.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is solved by the features of the independent claims. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein mikromechanisches Element, ein Bauelement mit einem mikromechanischen Element und ein Verfahren zur Herstellung des Bauelements bereitzustellen. Hierbei weist das mikromechanische Element, das Teil eines Bauelementes sein kann, eine Mehrzahl von Einzelsensorelementen auf, wobei mindestens zwei Einzelsensorelemente eines mikromechanischen Elementes in einem Gehäuse eines Bauelementes angeordnet sind. The invention is based on the idea of providing a micromechanical element, a component with a micromechanical element and a method for producing the component. In this case, the micromechanical element, which may be part of a component, has a plurality of individual sensor elements, wherein at least two individual sensor elements of a micromechanical element are arranged in a housing of a component.
Einzelsensorelemente können als Sensoren ausgebildet sein, wie beispielsweise Drehzahlsensoren und Beschleunigungssensoren. Mit dem erfindungsgemäßen mikromechanischen Element können Sensoren zur Messung von Drehgeschwindigkeiten und Beschleunigungen mit erweitertem Messbereich bereitgestellt werden. Durch die Integration mehrerer Einzelsensorelemente innerhalb eines mikromechanischen Elementes können unterschiedliche physikalische Messgrößen, wie Beschleunigung, Geschwindigkeit, Drehrate, Druck, Temperatur und Winkel, wie Neigungswinkel, zeitlich gemessen werden. Single sensor elements may be designed as sensors, such as speed sensors and acceleration sensors. With the micromechanical element according to the invention, sensors for measuring rotational speeds and accelerations with extended measuring range can be provided. By integrating a plurality of individual sensor elements within a micromechanical element, different physical measured variables, such as acceleration, velocity, rotation rate, pressure, temperature and angle, such as inclination angle, can be measured in terms of time.
Eine Kombination von Einzelsensorelementen, die physikalische Messgrößen unterschiedlicher Bereiche aufnehmen kann, z.B. als Beschleunigungssensoreinheit, ist ebenfalls geeignet, innerhalb des erfindungsgemäßen mikromechanischen Elementes angeordnet zu werden. Solche mikromechanischen Elemente erweitern den Messbereich der Einzelsensorelemente. Dies ist insbesondere bei der Messung einer Beschleunigung bei Fahrzeugen von Vorteil. Hierbei können geringe Beschleunigungswerte sowie hohe Beschleunigungswerte mit einer ähnlichen Präzision mit Hilfe eines einzelnen mikromechanischen Elementes innerhalb eines Bauelementes gemessen werden. Regelungseinheiten oder Regelungselektronikeinheiten, die ebenfalls in dem Bauelement angeordnet sind, können die erfassten Messwerte weiterverarbeiten. A combination of individual sensor elements that can accommodate physical measures of different areas, e.g. as acceleration sensor unit, is also suitable to be arranged within the micromechanical element according to the invention. Such micromechanical elements expand the measuring range of the individual sensor elements. This is particularly advantageous when measuring acceleration in vehicles. In this case, low acceleration values and high acceleration values can be measured with a similar precision with the aid of a single micromechanical element within a component. Control units or control electronics units, which are likewise arranged in the component, can further process the detected measured values.
Es kann somit mit einem einzelnen Bauelement oder Sensor die Messung von Drehgeschwindigkeiten und Beschleunigungen mit erweitertem Messbereich zur Verfügung gestellt werden. Eine Integration von Elementen auf einem einzelnen elektromechanischen Element oder Chip kann beispielsweise bereitgestellt werden, indem unterschiedliche mikromechanische Strukturen unter verschiedenen Gasdrücken auf einem Chip integriert werden, um unterschiedliche Messaufgaben wahrzunehmen. Hierbei ist es möglich, unterschiedliche Anforderungen mit Hilfe von unterschiedlich einstellbaren Drücken in dem Chip bereitzustellen.It can thus be provided with a single device or sensor, the measurement of rotational speeds and accelerations with extended measuring range. For example, integration of elements on a single electromechanical element or chip may be provided by integrating different micromechanical structures under different gas pressures on a chip to perform different measurement tasks. In this case, it is possible to provide different requirements by means of differently adjustable pressures in the chip.
Es ist auch möglich die erfindungsgemäßen Sensoren für die Messung der Längs- und Querbeschleunigung eines Fahrzeugs im niedrigen und im hohen Messbereich einzusetzen, sowie die Erfassung der Drehgeschwindigkeit um die Hochachse eines Fahrzeuges. Es kann durch die Integration der Sensoren innerhalb eines Bauteiles Platz und Kosten gespart werden.It is also possible to use the sensors according to the invention for measuring the longitudinal and lateral acceleration of a vehicle in the low and in the high measuring range, as well as the detection of the rotational speed about the vertical axis of a vehicle. It can be saved by the integration of sensors within a component space and cost.
Ferner ist es vorteilhaft, Drehraten- und Beschleunigungssensoren auf einer Einheit miteinander zu kombinieren, um für unterschiedliche Messaufgaben ein einzelnes Bauteil bereitzustellen. Dies ist möglich, da die Messungen von Drehzahl und Beschleunigung auf ähnlichen physikalischen Prinzipien beruhen können, was die Integration aller Sensoren in einem einzelnen mikromechanischen Element ermöglicht. Furthermore, it is advantageous to combine yaw rate and acceleration sensors on a unit with one another in order to provide a single component for different measuring tasks. This is possible because the measurements of speed and Acceleration can be based on similar physical principles, which allows the integration of all sensors in a single micromechanical element.
Auch ist es von Vorteil, wenn Herstellungsprozesse der Beschleunigungssensoren und der Drehratensensoren ähnlich ausgebildet werden, so dass durch eine Harmonisierung der Prozesse oder Verfahrensschritte bei der Herstellung der beiden Sensortypen dieselbe Technologieplattform verwendet werden kann.It is also advantageous if manufacturing processes of the acceleration sensors and the yaw rate sensors are designed to be similar, so that the same technology platform can be used by harmonizing the processes or method steps in the production of the two sensor types.
Ferner ist es von Vorteil, dass die Integration eine Reduzierung der Kosten für die Aufbau- und Verbindungstechnik darstellt, da weniger Elemente verarbeitet werden müssen. Auch kann ein kombiniertes mikromechanisches Element kostengünstiger hergestellt werden, da Strukturen, wie z.B. Rahmen eingespart werden können. Schließlich ist der Platzbedarf eines einzelnen Elementes geringer im Vergleich zu einer Anordnung mit mehreren Elementen. Furthermore, it is advantageous that the integration represents a reduction in the cost of the packaging and assembly technology, since fewer elements must be processed. Also, a combined micromechanical element can be made more cheaply since structures such as e.g. Framework can be saved. Finally, the space requirement of a single element is less compared to a multi-element arrangement.
Auch können Crash-Situationen vorzeitig erkannt werden, wenn starkes und abruptes Bremsen, welches sich im niederen Beschleunigungsbereich abspielt, erkannt und in einem Airbag-Auslöseverfahren implementiert werden. Aufgrund von Signallaufzeit- und Phasenunterschieden zwischen getrennt arbeitenden, physikalisch unabhängigen Beschleunigungssensoren können sich Nachteile bei der Auslegung des Auslöseverfahrens ergeben. Diese Nachteile können nun mit Hilfe der vorgeschlagenen Anordnungen überwunden werden.Crash situations can also be detected prematurely if strong and abrupt braking, which takes place in the low acceleration range, are detected and implemented in an airbag deployment method. Due to signal propagation time and phase differences between separately operating, physically independent acceleration sensors, disadvantages may arise in the design of the tripping method. These disadvantages can now be overcome with the aid of the proposed arrangements.
Weiterbildungen des Verfahrens können Verfahrensschritte sein, die die Merkmale der angegebenen Bauelemente gemäß den Unteransprüchen sinngemäß realisieren.Further developments of the method may be method steps that realize the features of the specified components according to the dependent claims mutatis mutandis.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:The above-described characteristics, features, and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which will be described in detail in conjunction with the drawings. It shows:
Es werden hierbei für identische oder ähnliche Elemente in den Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet.Identical reference symbols are used for identical or similar elements in the figures.
In
Das mikromechanische Element
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1a, 2a, 3a, 1a, 2a, 3a,
- mikromechanisches Elementmicromechanical element
- 1b, 2b, 3b 1b, 2b, 3b
- mikromechanisches Elementmicromechanical element
- 1'a, 2'a, 3'a, 23a, 123a1'a, 2'a, 3'a, 23a, 123a
- mikromechanisches Elementmicromechanical element
- 1'b, 2'b, 3'b, 23b, 123b1'b, 2'b, 3'b, 23b, 123b
- RegelungselektronikeinheitControl electronics unit
- 1c, 2c, 3c, 123c 1c, 2c, 3c, 123c
- Gehäusecasing
- 1111
- erste Anschlussgeometrie first connection geometry
- 1212
- zweite Anschlussgeometrie second connection geometry
- 1313
- dritte Anschlussgeometrie third connection geometry
- 100, 101, 102, 103100, 101, 102, 103
- Bauelement module
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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